2.1.4 液压缸密封件其他性能的一般要求

1.硬度

无论采用邵氏硬度计还是便携式橡胶国际硬度计测量橡胶硬度，都是由综合效应在橡胶表面形成一定的压入深度，用以表示硬度测量结果。国际橡胶硬度是一种橡胶硬度的度量，其值由在规定的条件下从给定的压头对试样的压入深度导出。

尽管曾对某些橡胶和化合物建立了邵氏硬度和国际橡胶硬度之间转换的修正值，但现在不建议把邵氏硬度（Shore A、Shore D、Shore AO、Shore AM）值直接转换为橡胶国际硬度（IRHD）值。

硫化橡胶和热塑性橡胶的硬度可以采用GB/T 531.1—2008《硫化橡胶或热塑性橡胶 压入硬度试验方法 第1部分：邵氏硬度计法（邵尔硬度）》或GB/T 531.2—2009《硫化橡胶或热塑性橡胶 压入硬度试验方法 第2部分：便携式橡胶国际硬度计法》和GB/T 6031—2017《硫化橡胶或热塑性橡胶 硬度的测定（10 IRHD～100 IRHD）》中规定的方法测定。

在GB/T 5720—2008《O形橡胶密封圈试验方法》中规定的用于O形圈硬度测定的“微型硬度计应符合GB/T 6031—1998（2017）中的有关规定。”

GB/T 6031—2017中规定的方法M（微型试验），本质上是按比例缩小的方法N（常规试验），可用于薄、小试样。适用于橡胶硬度在35～85 IRHD范围内，也可用于硬度在30～95 IRHD范围内的橡胶。

在MT/T 985的规范性引用文件中引用了GB/T 531，MT/T 985中规定的聚氨酯密封圈硬度为：

1）23℃时，单体密封圈的硬度值应在Shore A。

2）23℃时，复合密封圈外圈的硬度值应大于90 Shore A。

3）23℃时，复合密封圈的内圈硬度值应大于70 Shore A。

2.拉伸强度

拉伸强度是试样拉伸至断裂过程中的最大拉伸应力，测定拉伸强度宜选用哑铃状试样。

硫化橡胶和热塑性橡胶的拉伸强度可以采用GB/T 528—2009《硫化橡胶或热塑性橡胶 拉伸应力应变性能的测定》中规定的方法测定，其原理为：在动夹持器或滑轮恒速移动的拉力试验机上，将哑铃状试样进行拉伸，按要求记录试样在不断拉伸过程中最大力的值。

在GB/T 5720—2008《O形橡胶密封圈试验方法》的规范性引用文件中引用了GB/T 528—1998（已被GB/T 528—2009代替）和HG/T 2369—1992《橡胶塑料拉力试验机技术条件》。

在MT/T 985的规范性引用文件中引用了GB/T 528，MT/T 985中规定的聚氨酯密封圈拉伸强度为：

1）23℃时，单体密封圈和复合密封圈产品的外圈拉伸强度应大于35MPa。

2）23℃时，复合密封圈的内圈拉伸强度应大于16MPa。

3.拉断伸长率

拉断伸长率是试样断裂时的百分比伸长率，只有在下列条件下，环状试样可以得出与哑铃状试样近似相同的拉断伸长率的值：

1）环状试样的拉断伸长率以初始内圆周长的百分比计算。

2）如果“压延效应”明显存在，哑铃状试样长度方向垂直与压延方向裁切。

硫化橡胶和热塑性橡胶的拉断伸长率可以采用GB/T 528—2009《硫化橡胶或热塑性橡胶 拉伸应力应变性能的测定》中规定的方法测定，其原理为：在动夹持器或滑轮恒速移动的拉力试验机上，将哑铃状或环状标准试样进行拉伸，按要求记录试样在拉断时伸长率的值。

在GB/T 5720—2008《O形橡胶密封圈试验方法》的规范性引用文件中引用了GB/T 528—1998（已被GB/T 528—2009代替）。

在MT/T 985的规范性引用文件中引用了GB/T 528—1998（已被GB/T 528—2009代替），MT/T 985中规定的聚氨酯密封圈的拉断伸长率为：

1）23℃时，单体密封圈的拉断伸长率应大于400%。

2）23℃时，复合密封圈的外圈拉断伸长率应大于350%。

3）23℃时，复合密封圈的内圈拉断伸长率应大于260%。

4.压缩永久变形

橡胶在压缩状态时，必然会发生物理和化学变化。当压缩力消失后，这些变化阻止橡胶恢复到其原来的状态，于是产生了永久变形。压缩永久变形的大小，取决于压缩状态的温度和时间，以及恢复高度时的温度和时间。在高温下，化学变化是导致橡胶发生压缩永久变形的主要原因。压缩永久变形是去除施加给试样的压缩力，在标准温度下恢复高度后测得的。在低温下试验，由玻璃态硬化和结晶作用造成的变化是主要的。当温度回升后，这些作用就会消失，因此必须在试验温度下测量试验高度。

在GB/T 7759中给出的试验原理分为在常温及高温、低温条件下：

1）常温及高温条件下试验原理。在标准实验室温度下，将已知高度的试样，按压缩率要求压缩到规定的高度，在标准实验室温度或高温条件下，压缩一定时间；然后在一定温度条件下除去压缩，将试样在自由状态下恢复规定时间，测量试样的高度。

2）低温条件下试验原理。在标准实验室温度下，将已知高度的试样压缩至规定的高度。在规定的低温条件下保持一定时间，然后在相同低温下释放压缩，将试样在自由状态下恢复，测量试样的高度：可以每隔规定时间测量一次（通过对压缩高度与时间作图，可评价在低温条件下试样压缩永久变形特性），也可以在规定的时间后进行测量。

（1）常温压缩永久变形

在常温条件下的试验，试验温度应是标准实验室温度（23±2）℃或（27±2）℃中的一个。

在GB/T 5720—2008《O形橡胶密封圈试验方法》的规范性引用文件中引用了GB/T 7759—1996《硫化橡胶、热塑性橡胶 常温、高温和低温下压缩永久变形测定》（已被GB/T 7759.1—2015《硫化橡胶或热塑性橡胶 压缩永久变形的测定 第1部分：在常温及高温条件下》和GB/T 7759.2—2014《硫化橡胶或热塑性橡胶 压缩永久变形的测定 第2部分：在低温条件下》代替）。

在MT/T 985的规范性引用文件中引用了GB/T 7759—1996（已被代替），MT/T 985中规定的聚氨酯密封圈常温压缩永久变形为：

1）单体密封圈压缩永久变形应小于25%。

2）复合密封圈的外圈压缩永久变形应小于30%。

（2）高温压缩永久变形

在高温条件下的试验，试验温度应是下列温度之一，即（40±1）℃、（55±1）℃、（70±1）℃、（85±1）℃、（100±1）℃、（125±2）℃、（150±2）℃、（175±2）℃、（200±2）℃、（225±2）℃或（250±2）℃。

MT/T 985中规定的聚氨酯密封圈高温压缩永久变形为：

1）单体密封圈压缩永久变形应小于45%。

2）复合密封圈的外圈压缩永久变形应小于50%。

3）复合密封圈的内圈压缩永久变形应小于30%。

（3）低温压缩永久变形

在低温条件下的试验，试验温度应从所列温度，即（0±2）℃、（-10±2）℃、（-25±2）℃、（-40±2）℃、（-55±2）℃、（-70±2）℃、（-80±2）℃或（-100±2）℃中选择。

5.耐液体性能

在GB/T 17446—2012中给出了术语“密封材料相容性”的定义，即密封件材料抵御与流体发生化学反应的能力。

液体对硫化橡胶或热塑性橡胶的作用通常导致以下结果：

1）液体被橡胶吸入。

2）抽出橡胶中可溶成分。

3）与橡胶发生化学反应。

通常，吸入量大于抽出量，导致橡胶体积增大，这种形象被称为“溶胀”。吸入液体使橡胶的拉伸强度、拉断伸长率、硬度等物理及化学性能发生很大变化。此外，由于橡胶中增塑剂和防老剂类可溶物质，在易挥发性液体中易被抽出，其干燥后的物理及化学性能同样会发生很大变化。因此，测定橡胶在浸泡后或进一步干燥后的性能很重要。

在GB/T 1690—2010《硫化橡胶或热塑性橡胶 耐液体试验方法》中规定了通过测试橡胶在试验液体中浸泡前、后性能的变化，评价液体对橡胶的作用。

在GB/T 5720—2008《O形橡胶密封圈试验方法》的规范性引用文件中引用了GB/T 1690—1992（已被GB/T 1690—2010代替），并且在GB/T 5720中给出了质量变化百分率和体积变化百分率计算方法。

在MT/T 985的规范性引用文件中引用了GB/T 1690—1992（已被代替），MT/T 985中规定了聚氨酯密封圈抗水解性能要求。

由聚氨酯材料制成的单体密封圈和复合密封圈的外圈抗水解性能（8周时间）应达到如下要求：

1）硬度变化下降小于9%。

2）拉伸强度变化下降小于18%。

3）拉断伸长率变化下降小于9%。

4）体积变化率小于6%。

5）质量变化率小于6%。

6.热空气老化性能

硫化橡胶或热塑性橡胶在常压下进行的热空气加速老化和耐热试验，是试样在高温和大气压力下的空气中老化和测定其性能，并于未老化试样的性能做比较的一组试验，经常测定的物理性能包括拉伸强度、定伸应力、拉断伸长率和硬度等。

在GB/T 5720—2008《O形橡胶密封圈试验方法》的规范性引用文件中引用了GB/T 3512—2001《硫化橡胶或热塑性橡胶 热空气加速老化和耐热试验》（已被GB/T 3512—2014代替）。

在MT/T 985的规范性引用文件中引用了GB/T 3512—2001（已被代替）。

（1）单体密封圈和复合密封圈热空气老化性能要求 在MT/T 985中规定了由聚氨酯材料制成的单体密封圈和复合密封圈的外圈经老化后，性能应满足：

1）硬度变化下降小于8%。

2）拉伸强度变化下降小于10%。

3）拉断伸长率变化下降小于12%。

（2）复合密封圈的内圈热空气老化性能要求 在MT/T 985中规定了橡胶材料制成的复合密封圈的内圈经老化后，性能应满足：

1）硬度变化小于8%。

2）拉伸强度变化小于10%。

3）拉断伸长率变化小于30%。

7.低温性能

在GB/T 7758—2020《硫化橡胶 低温性能的测定 温度回缩法（TR试验）》中规定了测定拉伸的硫化橡胶低温下回缩性能的方法，其原理为：将试样在标准实验室温度下拉伸，然后冷却到在除去拉伸力时，不出现回缩的足够低的温度。除去拉伸力，并以均匀的速率升高温度。测出达到规定回缩率时的温度。

在GB/T 5720—2008《O形橡胶密封圈试验方法》的规范性引用文件中引用了GB/T 7758—2002（已被GB/T 7758—2020代替）。

在MT/T 985的规范性引用文件中，除了引用GB/T 7759—1996《硫化橡胶、热塑性橡胶 常温、高温和低温下压缩永久变形测定》，未见引用其他关于“低温性能的测定”的标准，如GB/T 7758。

在MT/T 985中规定了单体密封圈和复合密封圈的内、外圈经低温处理后，性能应满足：

1）硬度变化小于8%。

2）拉伸强度变化小于10%。

3）拉断伸长率变化小于12%。

根据GB/T 39692—2020《硫化橡胶或热塑性橡胶 低温试验 概述与指南》，这些低温测试可分为以下几类：①刚性变化；②脆性点；③恢复率（压缩恢复和拉伸回缩），上述三项性能测试缺乏标准依据。

8.可靠性能

密封件（圈）的可靠性（能）是在规定条件下和给定的时间内保证其密封性能的能力。这种能力若以概率给出即称为可靠度。可靠性是由设计、制造、使用、维护等多种因素共同决定的，因此可靠性是一个综合性能指标。

可靠性这一术语有时也被用于一般意义上笼统地表示可用性（有效性）和耐久性。在JB/T 10205—2010中规定的密封圈可靠性主要包括耐压性能（含耐低压性能）和耐久性能等，具体请参见JB/T 10205—2010《液压缸》。

在MT/T 985中规定了聚氨酯密封圈可靠密封应满足21 000次试验要求。

但在没有“规定条件下”，所进行的耐久性试验一般不具有可重复性和可比性。因此，密封圈的可靠性还是按照JB/T 10205—2010中的相关规定为妥。

标准《液压元件 可靠性评估方法 第3部分：液压缸》正在预研中。

参考文献[65]提出，压力容器能否正常、安全地运行，在很大程度上取决于密封装置的可靠性。

9.工作温度范围

在JB/T 10205—2010《液压缸》中规定了“一般情况下，液压缸工作的环境温度应在-20～50℃范围，工作介质温度应在-20～80℃范围。”又规定了当产品有高温要求时，“在额定压力下，向被试液压缸输入90℃的工作油液，全行程往复运行1h，应符合双方商定的液压缸高温要求。”

在HG/T 2810—2008《往复运动橡胶密封圈材料》中规定，本标准规定的往复运动橡胶密封圈材料分为A、B两类。A类为丁腈橡胶材料，分为三个硬度级，五种胶料，工作温度范围为-30～100℃；B类为浇注型聚氨酯橡胶材料，分为四个硬度等级，四种胶料，工作温度范围-40～80℃。

在MT/T 985中规定了密封圈应能适应-20～60℃的温度。

进一步可参考本书第2.15.2节。

10.密封压力范围

密封压力是密封圈在工作过程中所承受密封介质的压力。一般而言，密封圈的密封压力与密封圈密封材料、结构型式、密封介质及温度、沟槽型式和尺寸与公差、单边径向间隙、配合偶件表面质量及相对运动速度等密切相关。因此，密封压力或密封压力范围必须在一定条件下才能做出规定。

作者提示，“密封压力”和“密封压力范围”经常使用其同义词“最高工作压力”和“工作压力范围”加以表述，但“最高工作压力”与“工作压力”不是同义词，而且“工作压力”不是GB/T 17446定义的术语。

在GB/T 3452.1—2005《液压气动用O形橡胶密封圈 第1部分：尺寸系列及公差》和GB/T 3452.3—2005《液压气动用O形橡胶密封圈 沟槽尺寸》中对密封压力及范围未做出规定，但在GB/T 2878.1—2011《液压传动连接 带米制螺纹和O形圈密封的油口和螺柱端 第1部分：油口》中规定，本部分所规定的油口适用的最高工作压力为63MPa。许用工作压力应根据油口尺寸、材料、结构、工况、应用等因素来确定。

在GB/T 10708.1—2000《往复运动橡胶密封圈结构尺寸系列 第1部分：单向密封橡胶密封圈》附录A中给出了Y形橡胶密封圈的工作压力范围为0～25MPa、蕾形橡胶密封圈的工作压力范围为0～50MPa和V形组合密封圈的工作压力范围为0～60MPa。

在GB/T 10708.2—2000《往复运动橡胶密封圈结构尺寸系列 第2部分：双向密封橡胶密封圈》附录A中给出了鼓形橡胶密封圈的工作压力范围为0.10～70MPa，山形橡胶密封圈的工作压力范围为0～25MPa。

尽管在GB/T 10708.3—2000《往复运动橡胶密封圈结构尺寸系列 第3部分：橡胶防尘密封圈》中规定的C型防尘圈有辅助密封作用，但未给出密封压力。

在GB/T 15242.1—1994《液压缸活塞和活塞杆动密封装置用同轴密封件尺寸系列和公差》（已被GB/T 15242.1—2017《液压缸活塞和活塞杆动密封装置尺寸系列 第1部分：同轴密封件尺寸系列和公差》代替）中规定，本标准适用于以液压油为工作介质、压力≤40MPa、速度≤5m/s、温度范围为-40～200℃的往复运动液压缸活塞和活塞杆（柱塞）的密封。

在此请读者注意，同轴密封件的温度范围通常是由其中的弹性体的温度范围决定的，但温度范围为-40～200℃却不是一种弹性体能够满足的，即现在还没有一种弹性体的温度范围如此之宽。

在JB/ZQ 4264—2006《孔用Yx形密封圈》和JB/ZQ 4265—2006《轴用Yx形密封圈》中规定，本标准适用于以空气、矿物油为介质的各种机械设备中，在温度-40（-20）～80℃、工作压力p≤31.5MPa条件下起密封作用的孔（轴）用Yx形密封圈。

在JB/T 982—1977《组合密封垫圈》（已经作废，仅供参考）标准中规定，本标准仅规定焊接、卡套、扩口管接头及螺塞密封用组合垫圈，公称压力40MPa，工作温度-25～80℃。

在GB/T 13871.1—2007《密封元件为弹性体的旋转轴唇形密封圈 第1部分：基本尺寸和公差》中规定，本部分适用于轴径为6～400mm以及相配合的腔体为16～440mm的旋转唇形密封圈，不适用于较高的压力（＞0.05MPa）下使用的旋转轴唇形密封圈。

在MT/T 985中规定了聚氨酯密封圈的密封压力范围，即聚氨酯双向密封圈密封压力范围为2～60MPa，聚氨酯单向密封圈密封压力范围为2～40MPa。

11.试样性能要求

在GB/T 5720—2008《O形橡胶密封圈试验方法》中规定，“该标准规定了实心硫化O形橡胶密封圈尺寸测量、硬度、拉伸性能、热空气老化、恒定形变压缩永久变形、腐蚀试验、耐液体、密度、收缩率、低温试验和压缩应力松弛的试验方法”，但该标准未给出密封圈性能指标。

在MT/T 985—2006《煤矿用立柱和千斤顶聚氨酯密封圈技术条件》中规定，“本标准规定了煤矿用立柱和千斤顶聚氨酯密封圈的术语和定义、密封沟槽尺寸、要求、试验方法、检验规则、标志、包装、运输和贮存。本标准适用于工作介质为高含水液压油（含乳化液）的煤矿用立柱和千斤顶聚氨酯密封圈。”但该标准没有具体给出密封圈性能试验方法，只是在“规范性引用文件”中引用了下列文件：

1）GB/T 528—1998《硫化橡胶或热塑性橡胶 拉伸应力应变性能的测定》（已被代替）。

2）GB/T 531—1999《橡胶袖珍硬度计 压入硬度试验方法》（已被代替）。

3）GB/T 1690—1992《硫化橡胶 耐液体试验方法》（已被代替）。

4）GB/T 3512—2001《硫化橡胶或热塑性橡胶 热空气加速老化和耐热试验》（已被代替）。

5）GB/T 3672.1—2002《橡胶制品的公差 第1部分：尺寸公差》。

6）GB/T 7759—1996《硫化橡胶、热塑性橡胶 常温、高温和低温下压缩永久变形测定》（已被代替）。

上述标准规定试样对象一般为按相关标准制备的“试样”，而非密封圈实物。

除了上述标准，密封件（圈）性能试验方法还有一些现行标准，如耐磨性、与金属黏附性和溶胀指数等，可进一步测定密封圈性能，具体请参见本书附录A中表A-5。